活性氧捕获材料的研究进展

doi:10.6023/A21120586

化学学报 ›› 2022, Vol. 80 ›› Issue (4): 570-580.DOI: 10.6023/A21120586 上一篇

综述

活性氧捕获材料的研究进展

赵晋源^a, 张乾^a^,^*(), 王坚^a, 张琦^a, 李恒^b^,^*(), 杜亚平^c^,^*()

a 西安理工大学理学院西安 710054
b 西安市中心医院肛肠外科西安 710003
c 南开大学材料科学与工程学院&国家新材料研究院天津市稀土材料与应用重点实验室南开大学稀土与无机功能材料研究中心天津 300350

投稿日期:2021-12-27 发布日期:2022-04-28
通讯作者: 张乾, 李恒, 杜亚平

作者简介:

赵晋源, 男, 西安理工大学理学院材料与化工专业在读硕士研究生, 主要研究方向为功能分子设计与合成.

张乾, 男, 博士毕业于加拿大University of Montreal化学系, 现西安理工大学教授. 主要研究方向为功能分子设计、高分子与稀土材料、锂离子电池固态电解质和电子封装材料等.

李恒, 男, 毕业于西安交通大学医学部, 现西安市中心医院肛肠外科主治医师, 主要研究兴趣为肛肠与消化道外科、结直肠肿瘤、氧化应激及病理分析等.

杜亚平, 男, 博士毕业于北京大学化学与分子工程学院, 现南开大学教授, 博士生导师. 主要研究方向为新型稀土材料的可控合成、结构设计及其在光、电、催化和生物医学等领域的应用.

基金资助:
国家自然科学基金(21971117); 京津冀协同创新项目(19YFSLQY00030); 天津市自然科学基金杰青(20JCJQJC00130); 天津市自然科学基金重点项目(20JCZDJC00650); 天津市稀土材料与应用重点实验室(ZB19500202); 111项目(B18030)

Advances in the Scavenging Materials for Reactive Oxygen Species

Jinyuan Zhao^a, Qian Zhang^a(), Jian Wang^a, Qi Zhang^a, Heng Li^b(), Yaping Du^c()

a School of Science, Xi'an University of Technology, Xi'an, 710054
b Department of Anorectal Surgery, Xi'an Central Hospital, Xi'an, 710003
c Tianjin Key Lab for Rare Earth Materials and Applications, Center for Rare Earth and Inorganic Functional Materials, School of Materials Science and Engineering & National Institute for Advanced Materials, Nankai University, Tianjin, 300350

Received:2021-12-27 Published:2022-04-28
Contact: Qian Zhang, Heng Li, Yaping Du
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(21971117); Beijing-Tianjin-Hebei Collaborative Innovation Project(19YFSLQY00030); Outstanding Youth Project of Tianjin Natural Science Foundation(20JCJQJC00130); Key Project of Tianjin Natural Science Foundation(20JCZDJC00650); Tianjin Key Lab for Rare Earth Materials and Applications(ZB19500202); 111 Project(B18030)

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摘要/Abstract

生命从呼吸中获得氧气, 氧气再进一步在线粒体中将糖类等氧化得到能量, 提供给生命过程使用. 然而在氧化过程中, 会生成高度活泼的活性氧. 当体内控制失衡的时候, 它的浓度会大大增加, 发生氧化应激, 对机体产生不可逆的破坏, 引起衰老、肿瘤、心血管以及神经性疾病等. 抵抗活性氧的核心物质是抗氧化物, 它的存在使氧化应激受到控制, 从而保护机体免遭伤害. 本文对国内外近年来在活性氧自由基捕获方面的研究进行系统的综述, 通过梳理, 提出研究的金字塔型三级结构. 设计抗氧化物大分子与无机纳米粒子复合的纳米杂化自由基捕获器可以一方面解决无机纳米粒子的毒性问题, 另一方面还可以赋予纳米粒子额外的功能. 期待这篇综述文章能为改性纳米粒子捕捉活性氧提供一些有益思路, 为功能高分子材料与杂化纳米技术在生物医学领域的探索提供借鉴.

关键词: 活性氧, 抗氧化物, 氧化应激, 纳米粒子, 毒性

Life obtains oxygen from breathing, which further oxidizes carbohydrates and acquires energy in mitochondria to support life processes. However, in the process of oxidation, highly reactive oxygen species (ROS) will be generated. When the human bodies lose its control on ROS, its concentration will be greatly increased, causing oxidative stress and irreversible damage to the body, thus resulting in aging, tumor, cardiovascular and neurological diseases, etc. Antioxidants are the core substances that resist ROS, and control the oxidative stress and protect the body from being damaged. In this paper, we briefly review the research progress on the scavenging materials for ROS in recent years, and see a pyramidic structure with three levels on the design of related scavenging materials. The design of nano-hybrid free radical scavenger might not only solve the toxicity problem of inorganic nanoparticles, but also afford the system with the additional functions. Hopefully, this review may enlighten some clues for the people working in the area to design highly functional ROS scavenger materials with high performances.

Key words: reactive oxygen species, antioxidant, oxidative stress, nanoparticles, toxicity

引用此文

赵晋源, 张乾, 王坚, 张琦, 李恒, 杜亚平. 活性氧捕获材料的研究进展[J]. 化学学报, 2022, 80(4): 570-580.

Jinyuan Zhao, Qian Zhang, Jian Wang, Qi Zhang, Heng Li, Yaping Du. Advances in the Scavenging Materials for Reactive Oxygen Species[J]. Acta Chimica Sinica, 2022, 80(4): 570-580.

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图/表 12

图1. 黄酮类抗氧化物的分子结构式

Figure 1. Molecular structures of flavonoids antioxidant

图2. 一些非黄酮类多酚、苯丙素类、生物碱及醌类抗氧化物的分子结构式

Figure 2. Molecular structures for non-flavonoids polyphenols, phenylpropanoids, alkaloids, and quinones antioxidants

图3. 维生素E, 维生素C, 以及一些萜类及其他抗氧化物的分子结构式

Figure 3. Molecular structures of vitamin E, vitamin C, and some terpenes and antioxidants

图4. 维生素E和维生素C捕获自由基的机理[52]

Figure 4. Reaction mechanism of vitamin E and vitamin C to capture radicals[52]

图5. 文献中出现的一些人工合成小分子抗氧化物

Figure 5. Some synthetic antioxidants in the literatures

Material	Type	Application	Reference
黑色素纳米粒子/海藻酸钠	水凝胶	心肌梗死	[86]
没食子酸结合明胶/明胶-羟苯基丙酸	水凝胶	组织再生	[123]
氧化铈/甲基丙烯酰化明胶-多巴胺	水凝胶	伤口愈合	[124]
氧化铈/京尼平	水凝胶	糖尿病伤口愈合	[125]
MnO₂/普兰尼克F127	水凝胶	糖尿病伤口愈合	[126]
富勒醇/明胶甲基丙烯酰	水凝胶微流控球	骨修复	[127]
儿茶素没食子酸酯/3-丙烯酰胺基苯硼酸	水凝胶	伤口愈合	[128]
姜黄素/单硬脂酸三甘油酯和硫化聚丙烯	水凝胶	脑损伤	[129]
四甲基哌啶氮氧化物/两亲型聚合物	胶束状纳米粒子	—	[87-90]
氧化铈/三苯基磷和mPEG-TK-PLGA	胶束状纳米粒子	急性肾损伤	[130]
氧化铈/DSPE-PEG2K	胶束状纳米粒子	急性肾损伤	[131]
石墨炔/牛血清蛋白	纳米粒子	胃肠道放射防护	[132]
锰铁氧化物和氧化铈/二氧化硅	纳米粒子	类风湿性关节炎	[133]
聚儿茶素/Au	纳米粒子	干眼症	[112]
噻吩衍生物	纳米粒子	癌症	[134]
Cu_xO	纳米粒子团簇	神经退化型疾病	[135]
MnO₂@PtCo	纳米花型纳米粒子	恶性肿瘤	[136]
PFTU-g-REDV	多孔支架	心肌梗死	[122]
黄原胶/甲基丙烯酸磺胺和Ⅱ型胶原结合肽	软骨表面附着	骨性关节炎	[105]

表1. 应用于ROS清除材料的分类汇总

Table 1. Summary of ROS scavenging materials for various applications

图6. 生物体内合成黑色素路径以及PADN清除活性氧[80]

Figure 6. Methods to synthesize melanin in vivo and scavenge ROS using PADN[80]

图7. MNPs/Alg水凝胶的制备[86]

Figure 7. Schematic illustration of the preparation of MNPs/Alg hydrogel[86]

图8. HA-g-TEMO合成路线

Figure 8. Synthetic route for HA-g-TEMO

图9. 含4-羟基苯甲醇的聚酯合成路线[93]以及做成胶束后应用于H2O2的化学检测, 从而识别炎症发生的位置

Figure 9. Synthetic route of polyester containing 4-hydroxyl benzyl alcohol[93] and the synthesized micelles used for chemical test of H2O2 to identify the location of inflammation

图10. 负载AF的Au@poly(catechin)核壳纳米粒子的制备示意图[112]

Figure 10. Schematic representation of the one-step synthesis of amfenac-loaded gold@poly(catechin) core-shell nanoparticles (AF/ Au@Poly-CH NPs)[112]

图11. 抗ROS研究中的层级关系示意图

Figure 11. Diagram of hierarchical relationships in anti-ROS studies

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活性氧捕获材料的研究进展

Advances in the Scavenging Materials for Reactive Oxygen Species

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